DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Suspensionmit gleichmäßig verteilten Mikropartikeln in einerTrägerflüssigkeit bzw. zum Aufrechterhalten einergleichmäßigen Verteilung von Mikropartikeln inder Trägerflüssigkeit. Die Vorrichtung umfassteine Vorratskammer1 mit der Suspension, einen Mischkopf2 undeine Pumpe3, die mit der Vorratskammer1 unddem Mischkopf2 verbunden ist, wobei der Mischkopf2 mindestenseine Kavität4 mit einem Strömungsverwirbler5 undeinem Überlauf6, der durch eine Öffnung7 mitder Vorratskammer1 verbunden ist, aufweist. Die Vorrichtung kannzur Identifizierung, Charakterisierung und Aufreinigung von Proteinenverwendet werden. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahrenzur gleichmäßigen Verteilung von Mikropartikelnin einer Flüssigkeit, in dem ein turbulenter, quasistatischerZustand erzeugt wird.The invention relates to a device for producing a suspension with uniformly distributed microparticles in a carrier liquid or for maintaining a uniform distribution of microparticles in the carrier liquid. The device comprises a storage chamber 1 with the suspension, a mixing head 2 and a pump 3 that with the pantry 1 and the mixing head 2 is connected, wherein the mixing head 2 at least one cavity 4 with a flow swirler 5 and an overflow 6 passing through an opening 7 with the pantry 1 is connected has. The device can be used to identify, characterize and purify proteins. The invention also provides a process for the uniform distribution of microparticles in a liquid in which a turbulent, quasistatic state is generated.
Diefortschreitende Automatisierung von Abläufen in der Labortechnikbasiert zu großen Teilen auf paralleler Probenverarbeitung.Zunehmende Bedeutung in der Proteomforschung erhalten dabei Mikropartikel,sogenannte Beads, die wenige Mikrometer bis etwa 0,1 mm großeKunststoff-Kügelchen darstellen und deren Oberflächenbestimmte reaktive Eigenschaften besitzen. Diese Mikropartikel werden nachihrer Herstellung in einer schützenden Trägerflüssigkeitgelagert, mit der sie eine Suspension bilden. Ein grundlegendesProblem der Handhabung von Mikropartikeln ist die mengenmäßiggleiche Dosierung dieser Partikel auf eine große Anzahlvon Probenträgern. Ein direktes Abwiegen oder Zählen derMikropartikel scheidet aus, da sie nicht aus der Trägerflüssigkeitentnommen werden können und dürfen.Theprogressive automation of processes in laboratory technologyis based to a large extent on parallel sample processing.Microparticles are becoming increasingly important in proteome research,so-called beads, the few micrometers to about 0.1 mm in sizeRepresent plastic beads and their surfacespossess certain reactive properties. These microparticles will be aftertheir preparation in a protective carrier liquidstored, with which they form a suspension. A basic oneProblem of handling microparticles is the quantitysame dosage of these particles to a large numberof sample carriers. A direct weighing or counting ofMicroparticles precipitate as they are not from the carrier liquidcan be taken and allowed.
Esist im Stand der Technik bekannt, dass ein indirektes Bemessen derPartikelmenge über das Abmessen des Volumens der Trägerflüssigkeitmöglich ist. Diese Art der Mengenmessung geht von der Annahmeder konstanten Verteilung der Mikropartikel in der Trägerflüssigkeitaus. Diese Annahme ist jedoch nicht ohne weiteres zulässig,da die Mikropartikel im Allgemeinen eine höhere Dichteals die Trägerflüssigkeit aufweisen und deshalbzum Sedimentieren neigen. In Abhängigkeit vom Ort der Probennahmebefinden sich folglich überdurchschnittlich viele Mikropartikelin einer bodennahen Probe bzw. unterdurchschnittlich wenige Mikropartikelin einer oberflächennahen Probe.ItIt is known in the art that an indirect sizing of theParticle quantity via the measurement of the volume of the carrier liquidis possible. This type of quantity measurement starts from the assumptionthe constant distribution of the microparticles in the carrier liquidout. However, this assumption is not readilybecause the microparticles generally have a higher densityas the carrier liquid and thereforetend to sediment. Depending on the location of samplingConsequently, there are an above-average number of microparticlesin a near-ground sample or below average few microparticlesin a near-surface sample.
Zurkonstanten Verteilung der Mikropartikel in einer Flüssigkeitsind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren im Stand der Technikvorgeschlagen worden. Die PatentschriftUS 6,255,166 B1 offenbart eineVorrichtung, die ein Mischen von Mikropartikeln in Suspension dadurchermöglicht, dass Flüssigkeit durch das vertikaleHin- und Herbewegen einer Schaufel bewegt wird. Nachteilig ist hierder benötigte Energieaufwand für das externe Rührelementsowie der Fakt, dass sich die Schaufel innerhalb des Gefäßesbefindet und damit eine Entnahme oder Analyse der Suspension behindert.For constant distribution of the microparticles in a liquid, various devices and methods have been proposed in the prior art. The patent US 6,255,166 B1 discloses an apparatus that allows mixing of microparticles in suspension by moving liquid by vertically reciprocating a blade. The disadvantage here is the energy required for the external stirring element and the fact that the blade is within the vessel and thus hinders removal or analysis of the suspension.
DiePatentschriftUS 5,705,610 lehrteine Vorrichtung, die Misch- und Reaktionsgefäßeumfasst, zwischen denen Reagenzien bzw. Suspensionen transportiertwerden können, die durch das Einspeisen von Gas durchmischtwerden. Der mit der Blasenbildung einhergehende Gaseintrag ist jedoch sowohlunter verfahrenstechnischen Gesichtspunkten (Volumenvergrößerung,ungleiche Flüssigkeitsvolumina bei der Probenentnahme etc.)als auch im Hinblich auf die Sensibilität biologischerStrukturen kritisch.The patent US 5,705,610 teaches a device comprising mixing and reaction vessels, between which can be transported reagents or suspensions, which are mixed by the introduction of gas. However, the gas input associated with the formation of bubbles is critical both from the point of view of process technology (increase in volume, unequal volumes of liquid during sampling, etc.) and in terms of the sensitivity of biological structures.
Esist des Weiteren ausWO2007/064635 A1 eine Vorrichtung bekannt, die ohne Luftdurchlassarbeitet, indem eine Suspension durch eine Öffnung zwischenzwei Pumpen-Mischkammern bewegt und die durchmischte Suspensiondurch einen Ventilanschluss entfernt wird. Die Vorrichtung erfordertein aufwendiges Zusammenspiel der beiden Pumpen und unterbindeteine Probennahme im Turbulenzbereich.It is further off WO 2007/064635 A1 a device is known which operates without air passage, by moving a suspension through an opening between two pump mixing chambers and the mixed suspension is removed through a valve port. The device requires a complex interaction of the two pumps and prevents sampling in the turbulence range.
DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgezeigtenNachteile der Durchmischung von Mikropartikeln in Suspensionen zu überwindenund eine Vorrichtung zu entwickeln, die eine zuverlässigeMikropartikelmengenbemessung gewährleistet.Of theInvention is based on the object, which indicated in the prior artOvercome disadvantages of mixing microparticles in suspensionsand develop a device that is reliableMicroparticle quantity measurement ensured.
DieAufgabe der Erfindung wird gemäß den unabhängigenAnsprüchen gelöst. Die Unteransprüchebeinhalten bevorzugte Ausführungsformen. Erfindungsgemäß wirdeine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilungvon Mikropartikeln in einer Flüssigkeit bereitgestellt,die eine Vorratskammer1 mit einer Suspension aus Mikropartikelnund Flüssigkeit, einen Mischkopf2 zur Aufnahmeder Suspension und eine Pumpe3, die mit der Vorratskammer1 unddem Mischkopf2 zum Ansaugen der Suspension von der Vorratskammer1 inden Mischkopf2 verbunden ist, umfasst, wobei der Mischkopf2 mindestenseine Kavität4 mit einem Strömungsverwirbler5 undeinem Überlauf6, der durch eine Öffnung7 mitder Vorratskammer1 verbunden ist, aufweist.The object of the invention is achieved according to the independent claims. The subclaims contain preferred embodiments. According to the invention, a device is provided for the uniform distribution of microparticles in a liquid, which is a storage chamber 1 with a suspension of microparticles and liquid, a mixing head 2 for holding the suspension and a pump 3 that with the pantry 1 and the mixing head 2 for sucking the suspension from the storage chamber 1 in the mixing head 2 is connected, wherein the mixing head 2 at least one cavity 4 with a flow swirler 5 and an overflow 6 passing through an opening 7 with the pantry 1 is connected has.
Überraschenderweisehat sich gezeigt, dass die Trennung von Vorratskammer1 undMischkopf2, der Einbau eines Strömungsverwirblers5 indie Kavität4 des Mischkopfs2 und dasVerschalten der vorgenannten Bauelemente in einem Kreislauf nichtnur zu einer konstanten Mikropartikelverteilung am Ort des Interessesführt, sondern auch einen quasistatischen Zustand in derKavität4 erzeugt. Der Ort des Interesses stelltdabei eine Schnittstelle8 zum angrenzenden Laborsystem10 dar,durch das die in der Suspension enthaltenen Mikropartikel oder damit verbundeneStrukturen entnommen und/oder analysiert werden können.Die Strukturen umfassen vorzugsweise Biomoleküle, wie z.B. Proteine, Nukleinsäuren Peptide, Kohlenhydrate, Polymereoder Moleküle mit einem Molekulargewicht zwischen 50 und 1.000Da, oder Mikroorganismen oder eukaryotische Zellen.Surprisingly, it has been shown that the separation of pantry 1 and mixing head 2 , the installation of a Strömungsverwirblers 5 into the cavity 4 of the mixing head 2 and interconnecting the aforementioned devices in a circuit not only results in a constant microparticle distribution at the point of interest, but also a quasistatic state in the cavity 4 generated. The place of Interest is an interface 8th to the adjacent laboratory system 10 through which the microparticles or associated structures contained in the suspension can be taken and / or analyzed. The structures preferably include biomolecules, such as. For example, proteins, nucleic acids, peptides, carbohydrates, polymers or molecules having a molecular weight between 50 and 1000 Da, or microorganisms or eukaryotic cells.
Dieerfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zweiEinheiten, einer Pumpeneinheit3 und einer Einheit mitVorratskammer1 und Mischkopf2, die zum Transportder Suspension zwischen ihnen durch Leitungen verbunden sind. Es verstehtsich, dass jegliche Pumpe3 über einen Motor verfügtund von einer externen Energiequelle9 angetrieben wird.The device according to the invention consists of two units, a pump unit 3 and a unit with pantry 1 and mixing head 2 which are connected by lines for transporting the suspension between them. It is understood that any pump 3 has a motor and from an external source of energy 9 is driven.
Vorratskammer1 undMischkopf2 können eine integrale Komponente bildenoder anderweitig aneinander befestigt sein. In jedem Fall muss dieAnordnung von Vorratskammer1 und Mischkopf2 zueinandergewährleisten, dass Suspension durch einen Überlauf6 ander Kavität4 und eine obere Öffnung7 ander Vorratskammer1 in letztere gelangen kann. Die Vorratskammer1 stellteinen Hohlraum beliebiger geometrischer Gestalt dar, der beispielsweiseeinen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt besitzt, insbesondereeinen elliptischen Querschnitt, vieleckigen Querschnitt oder rechteckigenQuerschnitt mit einer Halbkreisfläche oder zwei Halbkreisflächenan gegenüberliegenden Rechtecksflächen. Im Sinneder Erfindung ist jedoch eine rotationssymmetrische, zylinderförmigeGestaltung bevorzugt. Der Hohlraum sollte eine Größeaufweisen, die zur Speicherung einer gewissen Mikropartikelmengefür eine spezielle Anwendung geeignet ist. In einer Ausgestaltungder Erfindung ist die Vorratskammer1 deshalb durch denBenutzer austauschbar. Die Vorratskammer wird entweder per Handoder maschinell befüllt, wobei letzteres den Vorteil einermöglichen Automatisierung aufweist.storeroom 1 and mixing head 2 may form an integral component or otherwise attached to each other. In any case, the arrangement of pantry 1 and mixing head 2 to each other ensure that suspension through an overflow 6 at the cavity 4 and an upper opening 7 at the pantry 1 can get into the latter. The pantry 1 represents a cavity of any geometric shape, for example, has a non-rotationally symmetrical cross section, in particular an elliptical cross section, polygonal cross section or rectangular cross section with a semicircular surface or two semi-circular surfaces on opposite rectangular surfaces. For the purposes of the invention, however, a rotationally symmetrical, cylindrical design is preferred. The cavity should be of a size suitable for storing a certain amount of microparticles for a particular application. In one embodiment of the invention, the storage chamber 1 therefore interchangeable by the user. The pantry is filled either by hand or by machine, the latter having the advantage of a possible automation.
DiePumpe3 fördert die Suspension im Kreislauf, indemdie Suspension zunächst aus der Vorratskammer1 angesaugtwird. Hierfür können Pumpen beliebiger Bauarteingesetzt werden, solange eine Mindestgeschwindigkeit der Strömungund damit ein Partikeltransport bewirkt werden. Die Mindestgeschwindigkeithängt u. a. von der Beschaffenheit der Leitungsverbindungenund den Eigenschaften der Suspension ab, wozu insbesondere die Mengeund Masse der Partikel sowie die Viskosität der Trägerflüssigkeitzählen. Die Parameter können durch den Fachmannexperimentell in Routineversuchen ermittelt werden. Bevorzugt wirdin der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schlauchpumpe verwendet.The pump 3 Promotes the suspension in circulation by first removing the suspension from the storage chamber 1 is sucked. For this purpose, pumps of any type can be used as long as a minimum velocity of the flow and thus a particle transport are effected. The minimum speed depends inter alia on the nature of the line connections and the properties of the suspension, including in particular the amount and mass of the particles and the viscosity of the carrier liquid. The parameters can be experimentally determined experimentally in routine experiments. Preferably, a peristaltic pump is used in the device according to the invention.
Dieangesaugte Suspension wird mittels Transportleitungen, vorzugsweisemittels Schläuchen11, in den Mischkopf2 transportiert.Der Mischkopf umfasst wenigstens einen Hohlraum, die sogenannteKavität4. In einer bevorzugten Ausgestaltung derErfindung weist der Mischkopf2 acht Kavitäten4 auf,wodurch das simultane Bearbeiten mehrerer Proben gegeben ist. Insbesondereist ein solcher Mischkopf2 kompatibel zum 96-Well-Format,wie es z. B. Mikrotiter-Platten repräsentieren. Das Vorschaltender Vorrichtung an Hochdurchsatzrobotern ermöglicht damitdie Automatisierung von Prozessen in der Grundlagenforschung sowiein der pharmazeutischen, chemischen, diagnostischen und biotechnologischenIndustrie.The aspirated suspension is by means of transport lines, preferably by means of hoses 11 , in the mixing head 2 transported. The mixing head comprises at least one cavity, the so-called cavity 4 , In a preferred embodiment of the invention, the mixing head 2 eight cavities 4 on, whereby the simultaneous processing of multiple samples is given. In particular, such a mixing head 2 Compatible with the 96-well format, such as. B. represent microtiter plates. Pre-switching the device to high-throughput robots thus enables automation of basic research, pharmaceutical, chemical, diagnostic and biotechnology industries.
DieKavität4 umfasst einen Zustrombereich12,einen Bereich mit Strömungsverwirbler5 und einenTurbulenzbereich. Der Zustrombereich12 befindet sich amBoden der Kavität4, gefolgt vom Bereich mit Strömungsverwirbler5 unddem Turbulenzbereich darüber. Der Wechsel vom Bereich mitStrömungsverwirbler5 zum Turbulenzbereich kannfließend sein. Es ist bevorzugt, dass die vorgenannten Bereichedie selbe geometrische Form des Querschnitts besitzen. Die geometrischeForm ist dabei nicht limitiert, solange der Einbau von Strömungsverwirblungselementenmöglich bleibt. Betreffs möglicher Formen seiauf die Ausführungen zur Vorratskammer1 verwiesen.In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Kavität4 einenrotationssymmetrischen Querschnitt auf.The cavity 4 includes an inflow area 12 , an area with flow swirlers 5 and a turbulence area. The inflow area 12 is located at the bottom of the cavity 4 followed by the area with flow swirler 5 and the turbulence area above. The change from the area with flow swirler 5 to the turbulence area can be fluent. It is preferable that the aforementioned regions have the same geometric shape of the cross section. The geometric shape is not limited, as long as the installation of Strömungsverwirblungselementen remains possible. As regards possible forms, let us refer to the explanations on the pantry 1 directed. In a preferred embodiment of the device has the cavity 4 a rotationally symmetrical cross section.
DieKavität4 ist derart gestaltet, dass in ihr eineturbulente Strömung erzeugt werden kann, wozu ein Strömungsverwirbler5 eingebautwird. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei einem „Strömungsverwirbler5"um eine beliebige bautechnische Maßnahme an und/oder inder Kavität4, die sowohl ein externes Bauelement,dass mit der Kavität verbunden ist oder nicht, als auchdie Gestalt der Kavität4 selbst beinhalten kann.Nicht limitierende Beispiele für Strömungsverwirbler5 sindRührer oder Schüttler (als externe, nicht verbundeneElemente), Stift oder Gitter (als externe, verbundene Elemente),unstetige Erweiterungen oder Verjüngungen des Querschnitts sowieAuswölbungen der Seitenwände (als interne Elemente).The cavity 4 is designed such that in it a turbulent flow can be generated, including a Strömungsverwirbler 5 is installed. For the purposes of the invention, a "Strömungsverwirbler 5 "to any structural measure and / or in the cavity 4 , which is both an external device that is connected to the cavity or not, as well as the shape of the cavity 4 can involve yourself. Non-limiting examples of flow swirlers 5 are stirrers or shakers (as external, non-connected elements), pin or grid (as external, connected elements), discontinuous extensions or tapers of the cross-section and bulges of the sidewalls (as internal elements).
Ineiner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Strömungsverwirbler5 mindestenseine unstetige Vergrößerung des Querschnitts in einemErweiterungsbereich13 oberhalb des Zustrombereichs12.Der Begriff „unstetige Vergrößerung"bezieht sich im Sinne der Erfindung auf eine plötzlicheErweiterung des Durchmessers bzw. Querschnitts, wobei sich die Erweiterungan Kanten und damit in Form einer Stufe vollzieht. Die Suspension strömtdurch den Zustrombereich12, dem sich der Erweiterungsbereich13 anschließt.Das heißt, in dieser Ausführungsform wird derBereich mit Strömungsverwirbler5 durch den Erweiterungsbereich13 repräsentiert.Der Erweiterungsbereich13 ist vorzugsweise in der unterenHälfte der Kavität4 angeordnet, besondersbevorzugt in deren unterem Drittel, ganz besonders bevorzugt imunteren Viertel. Durch eine bodennahe Anordnung wird ein großer Turbulenzbereichgewährleistet.In a preferred embodiment of the invention, the flow swirler comprises 5 at least one discontinuous enlargement of the cross section in an extension region 13 above the inflow area 12 , The term "unsteady enlargement" in the sense of the invention refers to a sudden enlargement of the diameter or cross section, wherein the enlargement takes place at edges and thus in the form of a step The suspension flows through the inflow region 12 , which is the extension area 13 followed. That is, in the This embodiment is the area with Strömungsverwirbler 5 through the extension area 13 represents. The extension area 13 is preferably in the lower half of the cavity 4 arranged, more preferably in the lower third, most preferably in the lower quarter. A ground-level arrangement ensures a large range of turbulence.
DieTurbulenz, die benötigt wird, um eine konstant verteilteSuspension zu erhalten, kann vorteilhaft durch die Ausgestaltungder unstetigen Vergrößerung eingestellt werden.Der Grad der Turbulenz wird dabei durch das Zusammenspiel verschiedenerParameter bestimmt, zu denen die relative Höhe des Erweiterungsbereichs13 bezogenauf die Gesamthöhe der Kavität4, dasAusmaß der unstetigen Vergrößerung unddie Art der Stufe zählen. Prinzipiell ist die relativeHöhe des Erweiterungsbereichs13 möglichstklein zu wählen, um wiederum einen großen Turbulenzbereichzu gewährleisten. Vorzugsweise beträgt die Höhedes Erweiterungsbereichs13 weniger als 25% der Höheder Kavität4, besonders bevorzugt weniger als15%. Dies wird u. a. durch die Neigung der Innenwände imErweiterungsbereich13 bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung vergrößert sich derQuerschnitt im Erweiterungsbereich13 linear, vorzugsweisemit einem Anstieg tan φ von weniger als 70°, besondersbevorzugt weniger als 50°, ganz besonders bevorzugt wenigerals 30°. In einer besonders bevorzugten Ausführungsformist die Kavität4 als Zylinder ausgebildet, sodass sie im Erweiterungsbereich13 mit dem vorgenanntenAnstieg konisch divergiert. Als weiterer Parameter ist das Ausmaß derunstetigen Vergrößerung so zu dimensionieren,dass genug Raum zum Abriss der Strömung an der Innenwand undVerwirbelung vorhanden ist sowie dieser Raum auch mit Turbulenzausgefüllt werden kann. Die unstetige Vergrößerungist so gestaltet, dass sich der Querschnitt im Erweiterungsbereich13 mindestens verdoppelt,vorzugsweise mindestens verfünffacht, besonders bevorzugtmindestens verzehnfacht.The turbulence needed to obtain a uniformly distributed suspension can be advantageously adjusted by the configuration of discontinuous magnification. The degree of turbulence is determined by the interaction of various parameters, including the relative height of the extension range 13 based on the total height of the cavity 4 , the extent of unsteady magnification and the type of stage count. In principle, the relative height of the extension area 13 to choose as small as possible, again to ensure a large range of turbulence. Preferably, the height of the extension area 13 less than 25% of the height of the cavity 4 , more preferably less than 15%. This is partly due to the inclination of the inner walls in the extension area 13 certainly. In a preferred embodiment of the present invention, the cross-section increases in the extension region 13 linear, preferably with an increase tan φ of less than 70 °, more preferably less than 50 °, most preferably less than 30 °. In a particularly preferred embodiment, the cavity 4 designed as a cylinder, so that they are in the extension area 13 diverged conically with the aforementioned increase. As a further parameter, the extent of the discontinuous enlargement should be dimensioned so that there is enough space for the demolition of the flow on the inner wall and turbulence and this space can also be filled with turbulence. The discontinuous magnification is designed so that the cross section in the extension area 13 at least doubled, preferably at least fivefold, more preferably at least tenfold.
Alsweiteres bauliches Element enthält die Kavität4 einen Überlauf6,der sich im oberen Teil des Turbulenzbereichs befindet. Dadurchwird sichergestellt, dass der geförderte Zustrom nichtzu einem Überlaufen der Kavität4 führt,sofern keine Entnahme oder lediglich eine Entnahme von Suspension stattfindet,deren entnommenes Volumen geringer als das zugeströmteVolumen ist. Der Überlauf6 stellt einen ummanteltenHohlraum in der Kavität4 dar, dessen Längezumindest der Wanddicke der Kavität4 entspricht.Vorzugsweise hat der Überlauf6 eine Länge,die über die Wandstärke der Kavität4 hinausgeht.Des Weiteren ist der Überlauf6 so geneigt, dassdie Suspension abfließen kann. Der Mischkopf2 istbevorzugt oberhalb der Vorratskammer1 angeordnet, um einAbfließen derjenigen Suspension, die sich auf oder überdem Niveau des Überlaufs6 befindet, durch Gravitationin die tieferliegende Vorratskammer1 zu ermöglichen.Insbesondere ist der Überlauf6 oberhalb des erfindungsgemäß bevorzugtenErweiterungsbereichs13 angeordnet. Natürlich istes auch denkbar, den Mischkopf2 in gleicher oder sogargeringerer Höhe als die Vorratskammer1 zu positionierenund die überlaufende Suspension zunächst in einemBecken zu sammeln, bevor sie mittels einer Pumpe oder unter Ausnutzungvon Kapillarkräften in die Vorratskammer1 zurückgeführtwird. Hierzu kann eine Öffnung7, welche die obereoffene Fläche der Vorratskammer1 repräsentiert,oder einen andere Öffnung dienen, wobei letztere bei Anlegeneines äußeren Drucks auf die zur Öffnungführende Leitung auch unterhalb des Flüssigkeitsspiegelsin der Vorratskammer1 liegen kann.As a further structural element contains the cavity 4 an overflow 6 which is located in the upper part of the turbulence zone. This ensures that the pumped inflow does not overflow the cavity 4 leads, provided that no withdrawal or only a withdrawal of suspension takes place, whose withdrawn volume is less than the inflowing volume. The overflow 6 represents a jacketed cavity in the cavity 4 whose length is at least the wall thickness of the cavity 4 equivalent. Preferably, the overflow 6 a length that exceeds the wall thickness of the cavity 4 goes. Furthermore, the overflow 6 so inclined that the suspension can drain. The mixing head 2 is preferably above the pantry 1 arranged to drain any suspension that is at or above the level of the overflow 6 is located, by gravity in the lower pantry 1 to enable. In particular, the overflow 6 above the inventively preferred extension range 13 arranged. Of course it is also possible, the mixing head 2 in the same or even lower height than the pantry 1 to position and to collect the overflowing suspension first in a basin before it by means of a pump or by utilizing capillary forces in the pantry 1 is returned. This can be an opening 7 , which is the upper open area of the pantry 1 represent, or serve another opening, the latter also under the liquid level in the storage chamber upon application of an external pressure on the line leading to the opening 1 can lie.
Voraussetzungeiner Suspensionsentnahme ist, dass die Kavität4 eineSchnittstelle8 zu einem angrenzenden Laborsystem10 besitzt.Bei diesem Laborsystem10 kann es sich beispielsweise umeinen Liquid-Handling-Roboter (Flüssigkeitsentnahmeroboter)handeln, der mittels Entnahmenadeln die Suspension absaugt. DieSchnittstelle8 kann beispielsweise als die Suspensionsoberflächeaufgefasst werden. Die Entnahmenadeln tauchen an der Schnittstelle8 indie Suspension ein. Um ein wiederholtes Anpassen der Eintauchtiefeder Entnahmenadeln zu vermeiden, ist eine Schnittstelle8 ineiner konstanten Höhe erwünscht, wie sie durchdie Erfindung bereitgestellt wird. Durch die erfindungsgemäßeAnordnung und Ausgestaltung von Pumpe3, Vorratskammer1 undKavität4 (mit jeweils mindestens zwei Öffnungen),die ein Fahren der Suspension im Kreislauf ermöglichen,wird ein quasistatischer Zustand hinsichtlich der Turbulenz undder Lage der Schnittstelle8 in der Kavität4 ausgebildet.Prerequisite for a suspension sampling is that the cavity 4 an interface 8th to an adjacent laboratory system 10 has. In this laboratory system 10 it may be, for example, a liquid handling robot (liquid removal robot), which sucks the suspension by means of removal needles. the interface 8th For example, it can be thought of as the suspension surface. The removal needles dive at the interface 8th into the suspension. In order to avoid repeated adaptation of the immersion depth of the removal needles, there is an interface 8th desired at a constant level as provided by the invention. The inventive arrangement and design of the pump 3 , Pantry 1 and cavity 4 (each with at least two openings), which allow circulation of the suspension, becomes a quasistatic state with regard to turbulence and the position of the interface 8th in the cavity 4 educated.
Ineiner weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindungweist die Vorratskammer1 einen Stift14 und/odereinen Rotationszulauf15 und einen Rotationsrücklauf16,die mit der Pumpe3 verbunden sind, auf. Diese zusätzlichenKomponenten sind besonders vorteilhaft, um einen zweiten Suspensionskreislaufzu generieren, der ein Sedimentieren der Mikropartikel in der Vorratskammer1 verhindert.Zwar sind die im ersten Kreislauf zwischen Vorratskammer1 undMischkopf2 transportierten Mikropartikel in der Kavität4 gleichmäßigin der Trägerflüssigkeit verteilt, jedoch könntedort ihre Konzentration mit der Zeit sinken. Das wäre dannder Fall, wenn zu Beginn in der Vorratskammer1 sedimentierteMikropartikel angesaugt werden und im weiteren Verlauf eine an Partikelnausgedünnte Suspension. Durch den Stift14 und/oderRotationszulauf15 und – ablauf16 wirdalso nicht nur die gleichmäßige Verteilung in einemZyklus des ersten Kreislaufs erzielt, sondern das Aufrechterhalteneiner konstant verteilten Suspension über den gesamtenzeitlichen Verlauf des Betriebs der Vorrichtung. Der zeitliche Verlaufwird durch das Füllvolumen der Vorratskammer1 mitSuspension und deren sukzessive Entnahme aus der Kavität4 determiniert.Die Pumpe3 fördert in dieser Ausführungsformdie Suspension in zwei parallelen Kreisläufen. Der hinzugetretenezweite Kreislauf sorgt für die Rotation der in der Vorratskammer1 gespeichertenSuspension, indem durch den Rotationsrücklauf16 dieSuspension angesaugt, in einer Rotationsschleife transportiert undanschließend am Rotationszulauf15 wieder in dieVorratskammer überführt wird.In a further embodiment of the present invention, the storage chamber 1 a pen 14 and / or a rotation feed 15 and a rotation return 16 that with the pump 3 are connected to. These additional components are particularly advantageous for generating a second suspension cycle which involves sedimentation of the microparticles in the storage chamber 1 prevented. Although they are in the first cycle between pantry 1 and mixing head 2 transported microparticles in the cavity 4 evenly distributed in the carrier liquid, however, there their concentration could decrease over time. That would be the case if at the beginning in the pantry 1 sedimented microparticles are sucked in and subsequently thinned to particles suspension. Through the pen 14 and / or rotational feed 15 and - drain 16 Thus, not only the uniform distribution in a cycle of the first cycle is achieved, but the maintenance of a constantly distributed suspension over the entire time course of the Operating the device. The time course is determined by the filling volume of the storage chamber 1 with suspension and their successive removal from the cavity 4 determined. The pump 3 promotes the suspension in two parallel circuits in this embodiment. The added second cycle ensures the rotation in the pantry 1 stored suspension by passing through the rotary reflux 16 sucked in the suspension, transported in a rotary loop and then at the rotary feed 15 is returned to the pantry.
Esist bevorzugt, den Rotationszulauf15 und den Rotationsrücklauf16 inverschiedenen Höhen der Vorratskammer1 anzuordnen.Sofern durch den Rotationskreislauf trotzdem nur eine laminare Strömungentsteht, die ein Sedimentieren der Mikropartikel am Boden der Kammer1 nichthinreichend unterbindet, kann mittels eines Strömungsverwirblers5, wieihn der Stift14 darstellt, die rotierende Strömung verwirbeltwerden. Im Totwasser des Stifts14 ist eine Absaugung17 angeordnet, überdie dem Mischkopf2 Suspension zugeführt wird.It is preferable to the rotation feed 15 and the rotation return 16 in different heights of the pantry 1 to arrange. If, however, only a laminar flow is created by the rotation circuit, the sedimentation of the microparticles at the bottom of the chamber 1 not sufficiently prevented, can by means of a Strömungsverwirblers 5 like the pen 14 represents the rotating flow be swirled. In the dead water of the monastery 14 is a suction 17 arranged over the mixing head 2 Suspension is supplied.
Gegenstandder Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßenVorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Mikropartikelnin einer Flüssigkeit. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung auchdie Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungzum Erhalt einer Suspension aus gleichmäßig verteiltenMikropartikeln in einer Trägerflüssigkeit und/oderzur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Verteilungvon Mikropartikeln in einer Trägerflüssigkeit.Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung der erfindungsgemäßenVorrichtung zur Entnahme einer Suspension aus gleichmäßigverteilten Mikropartikeln in einer Flüssigkeit, vorzugsweise miteinem Flüssigkeitsentnahmeroboter. Die vorherige Lehreder Erfindung und deren Ausführungsformen betreffend dieVorrichtung an sich sind gültig und ohne Einschränkungenauf deren Verwendung anwendbar, sofern es sinnvoll erscheint.objectThe invention also relates to the use of the inventionDevice for the uniform distribution of microparticlesin a liquid. In other words, the invention also relatesthe use of the device according to the inventionto obtain a suspension of evenly distributedMicroparticles in a carrier liquid and / orto maintain an even distributionof microparticles in a carrier liquid.The invention further relates to the use of the inventionDevice for removing a suspension from evenlydistributed microparticles in a liquid, preferably witha liquid extraction robot. The previous lessonthe invention and its embodiments concerning theDevice itself is valid and without restrictionsapplicable to their use, if deemed appropriate.
Ineiner Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendungwird die Vorrichtung zur Identifizierung, Charakterisierung und/oderAufreinigung von Proteinen eingesetzt. Proteine sind häufigan der Entstehung schwerwiegender Krankheiten, wie z. B. Krebs oderAlzheimer beteiligt. Bei der Analyse von Proteinen haben Mikropartikelmit einem Durchmesser von wenigen Mikrometern bis 0,1 mm eine zunehmendeBedeutung. Deren Oberfläche hat verschiedene reaktive Eigenschaften,welche die Identifizierung und Charakterisierung von Proteinen ermöglichen.Des Weiteren stellt die Laborautomatisierung auf dem Gebiet derCharakterisierung und Identifizierung von Proteinen einen wachsendenMarkt dar, so dass zur effektiven Gestaltung der Mikropartikel-gestütztenProteomforschung Hochdurchsatzroboter unentbehrlich sind. Die erfindungsgemäßeVorrichtung ist so konstruiert, dass ein Liquid-Handling-Robotermittels Entnahmenadeln die konstant verteilte Suspension aus denWells (Kavitäten4) eines Mischkopfs2,vorzugsweise aus einem Mischkopf mit acht Wells, entnehmen kann.Damit ist eine Vorschaltung der Vorrichtung an Hochdurchsatzrobotermöglich. Die erfindungsgemäße Verwendungder Vorrichtung ist vorzugsweise zur Bereitstellung von konstantverteilten Mikropartikelmengen zur Durchführung von automatisiertenProtein-Aufreinigungsprozessen mittels Chromatographie im 96-Well-Batch-Fomatgeeignet.In one embodiment of the use according to the invention, the device is used for the identification, characterization and / or purification of proteins. Proteins are often involved in the development of serious diseases such. As cancer or Alzheimer's involved. In the analysis of proteins microparticles with a diameter of a few microns to 0.1 mm have an increasing importance. Their surface has several reactive properties that allow the identification and characterization of proteins. Furthermore, laboratory automation in the field of characterization and identification of proteins represents a growing market, so that high-throughput robots are indispensable for the effective design of microparticle-based proteomics research. The device according to the invention is constructed in such a way that a liquid handling robot uses extraction needles to disperse the suspension which is distributed constantly from the wells (cavities 4 ) of a mixing head 2 , preferably from a mixing head with eight wells. This makes it possible to connect the device to high-throughput robots. The use of the device according to the invention is preferably suitable for providing constantly distributed quantities of microparticles for carrying out automated protein purification processes by means of chromatography in the 96-well batch format.
Ineiner weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Verwendung wird dieVorrichtung der vorliegenden Erfindung bei der Aktivitätsbestimmungvon Enzymen mittels Massenspektrometrie genutzt. Dass die Massenspektrometrieein schnelles, sensitives und zuverlässiges Werkzeug fürdie Bestimmung enzymatischer Aktivitäten ist, konnte wiederholtdemonstriert werden (Hsieh et al. 1995, Anal. Biochem. 229,20;Bothner et al. 2000, J. Biol. Chem. 275, 13455;Wuet al. 1997, Chem. Biol. 4, 653). MALDI-MS zeichnet sichdurch Widerstandsfähigkeit gegenüber Pufferlösungenund eine hohe Eignung zur Analyse komplexer Mischungen aus, weswegensie für ein direktes Screening von Enzymaktivitätenprädestiniert ist, die nur eine minimale Probenvorbereitungbenötigen. Mittels eines massenspektrometrisch-unterstütztenEnzymscreenings ("mass spectrometry assisted enzyme screening",MES) können enzymatische Aktivitäten in komplexenProteinfraktionen mit einem Massenspektrometer ermittelt werden.Das Prinzip wird hier kurz beschrieben, während sich eineeingehende Beschreibung in den Artikeln vonJankowski etal. 2001, Anal. Biochem. 290, 324, sowie Schlüter et al.2003, Anal. Bioanal. Chem. 37, 1102, findet, die beidein ihrer Gesamtheit in die vorliegende Anmeldung als Referenz aufgenommen werden.Dem analytischen Vorgehen liegt die kovalente Immobilisierung vonProteinen an Mikropartikel zugrunde, wodurch der proteolytischerAbbau verhindert und das Entfernen solcher Moleküle ausder Proteinfraktion erreicht wird, die den massenspektrometrischenNachweis der enzymatischen Reaktionsprodukte stören würden.Die Enzymaktivität wird durch Inkubieren der immobilisierten Proteinemit einer reaktionsspezifischen Sonde bestimmt, worauf die Analyseder Reaktionsmischung mittels MALDI-MS nach definierten Inkubationszeitenerfolgt. Erst die Verwendung der erfindungsgemäßenVorrichtung stellt eine konstant verteilte Suspension an Mikropartikelsicher, infolgedessen eine gleichmäßige Oberflächenbeladungund konstante Proteinkonzentration sowie die Entnahme einer identischenMikropartikelmenge zur Inkubation mit der Sonde ermöglichtwird und reproduzierbare Daten generiert werden.In a further preferred embodiment of the use, the device of the present invention is used in the activity determination of enzymes by mass spectrometry. It has been repeatedly demonstrated that mass spectrometry is a fast, sensitive and reliable tool for the determination of enzymatic activities ( Hsieh et al. 1995, Anal. Biochem. 229, 20 ; Bothner et al. 2000, J. Biol. Chem. 275, 13455 ; Wu et al. 1997, Chem. Biol. 4, 653 ). MALDI-MS is characterized by its resistance to buffer solutions and its ability to analyze complex mixtures, making it predestined for direct screening of enzyme activities that require minimal sample preparation. Enzymatic activities in complex protein fractions can be determined with a mass spectrometer using mass spectrometry-assisted enzyme screening (MES). The principle is briefly described here, while a detailed description in the articles of Jankowski et al. 2001, anal. Biochem. 290, 324, as well as Schlüter et al. 2003, anal. Bioanal. Chem. 37, 1102 , both of which are incorporated by reference in their entirety in the present application. The analytical procedure is based on the covalent immobilization of proteins to microparticles, which prevents proteolytic degradation and the removal of such molecules from the protein fraction is achieved, which would interfere with the mass spectrometric detection of the enzymatic reaction products. The enzyme activity is determined by incubating the immobilized proteins with a reaction-specific probe, followed by analysis of the reaction mixture by MALDI-MS after defined incubation times. Only the use of the device according to the invention ensures a constantly distributed suspension of microparticles, as a result, a uniform surface loading and constant protein concentration and the removal of an identical amount of microparticles for incubation with the probe is made possible and reproducible data is generated.
Einanderer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichmäßigenVerteilung von Mikropartikeln in einer Flüssigkeit, indem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetztwird.Another object of the invention is a Process for the uniform distribution of microparticles in a liquid in which the device according to the invention is used.
DieErfindung lehrt ferner ein Verfahren zur gleichmäßigenVerteilung von Mikropartikeln in einer Flüssigkeit mitden folgenden Schritten:
- (a) Befülleneiner Vorratskammer1 mit einer Suspension aus Mikropartikelnund Flüssigkeit,
- (b) Ansaugen der Suspension mit einer Pumpe3 übereine Absaugung17 aus der Vorratskammer1,
- (c) Transportieren der angesaugten Suspension in einen Mischkopf2,der mindestens eine Kavität4 aufweist,
- (d) Überführen der Suspension in die Kavität4,
- (e) Erzeugen einer turbulenten Strömung in der Kavität4,
- (f) Überführen von Suspension oberhalb eines Überlaufs6 durcheine Öffnung7 in die Vorratskammer1,und optional
- (g) Wiederholen der Schritte (b) bis (f).
The invention further teaches a method for uniformly distributing microparticles in a liquid, comprising the following steps:- (a) filling a pantry 1 with a suspension of microparticles and liquid,
- (b) aspirating the suspension with a pump 3 via a suction 17 from the pantry 1 .
- (c) transporting the aspirated suspension into a mixing head 2 , the at least one cavity 4 having,
- (d) transferring the suspension into the cavity 4 .
- (e) generating a turbulent flow in the cavity 4 .
- (f) transferring suspension above an overflow 6 through an opening 7 in the pantry 1 , and optional
- (g) repeating steps (b) through (f).
Dievorherige Lehre der Erfindung und deren Ausführungsformenbetreffend die Vorrichtung und deren Verwendung sind gültigund ohne Einschränkungen auf die Verfahren zur gleichmäßigenVerteilung von Mikropartikeln anwendbar, sofern es sinnvoll erscheint.ThePrevious teaching of the invention and its embodimentsconcerning the device and its use are validand without restrictions on the procedures for uniformityDistribution of microparticles applicable, if it makes sense.
DieAbfolge der Schritte verdeutlicht, dass das Verfahren im Kreislaufgefahren wird, wofür jeweils zwei Öffnungen derVorratskammer1 bzw. des Mischkopfs2 essentiellsind, die jeweils voneinander verschieden sind. Das heißt,dass sich in der Vorratskammer1 die Absaugung17 zumAbsaugen der Suspension in Richtung Mischkopf2 und die Öffnung7 zurAufnahme aus dem Mischkopf2 übergelaufener Suspensionsowie in der Kavität 4 im Mischkopfs2 der Zustrom13 derSuspension aus der Vorratskammer1 und der Überlauf6 zurRückführung der Suspension in die Vorratskammer1 befinden.Schritt (g) wird solange ausgeführt, bis die Vorratskammer1 leeroder keine Durchmischung der Partikel mehr erwünscht ist,weil die Entnahme und/oder Analyse der Partikelsuspension beendetist.The sequence of steps illustrates that the process is circulated, for each of which two openings of the storage chamber 1 or the mixing head 2 are essential, each of which is different from each other. That means that in the pantry 1 the suction 17 for sucking off the suspension in the direction of the mixing head 2 and the opening 7 for receiving from the mixing head 2 overflowed suspension and in the cavity 4 in the mixing head 2 the influx 13 the suspension from the pantry 1 and the overflow 6 for returning the suspension to the storage chamber 1 are located. Step (g) is carried out until the pantry 1 empty or no mixing of the particles is more desirable because the removal and / or analysis of the particle suspension is completed.
Dieturbulente Strömung in Schritt (e) kann durch jede Maßnahmebewirkt werden, die eine Reynolds-Zahl über dem kritischenWert von 2300 zur Folge hat. Geeignete Maßnahmen sind insbesonderedie Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension,der Oberflächenrauhigkeit der Kavität4 und/oderder Dichte der Suspension und/oder die Verringerung der dynamischenViskosität. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrenswird die turbulente Strömung durch den Einbau eines Strömungsverwirblers5 erzeugt,besonders bevorzugt durch den Einbau mindestens einer unstetigenVergrößerung des Querschnitts in einem Erweiterungsbereich13 oberhalbeines Zustrombereichs12.The turbulent flow in step (e) can be effected by any measure that results in a Reynolds number above the critical value of 2300. Suitable measures are in particular the increase in the flow rate of the suspension, the surface roughness of the cavity 4 and / or the density of the suspension and / or the reduction of the dynamic viscosity. In a preferred embodiment of the method, the turbulent flow through the installation of a Strömungsverwirblers 5 produced, particularly preferably by the incorporation of at least one discontinuous enlargement of the cross section in an extension region 13 above an inflow area 12 ,
DasVerfahren kann auch so durchgeführt werden, dass sich nachSchritt (e), (f) oder (g) ein weiterer Schritt (h) anschließt,in dem die Suspension von einem Flüssigkeitsentnahmeroboterentnommen wird.TheProcedure can also be performed so that afterStep (e), (f) or (g) is followed by a further step (h),in which the suspension from a Flüssigkeitsentnahmeroboteris removed.
Ineiner bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird parallel zuden Schritten (b) bis (g) ein Kreislauf mit den folgenden Schrittengefahren:
- (b') Ansaugen der Suspension mitder Pumpe3 über einen Rotationsrücklauf16 ausder Vorratskammer1,
- (c') Transportieren der angesaugten Suspension in einer Rotationsschleife,
- (d') Überführen der Suspension übereinen Rotationszulauf15 in die Vorratskammer1,
- (e') Erzeugen einer turbulenten Strömung in der Vorratskammer1,und optional
- (f) Wiederholen der Schritte (b') bis (e').
In a preferred embodiment of the method, a cycle is run in parallel with steps (b) to (g) with the following steps:- (b ') aspirating the suspension with the pump 3 via a rotation return 16 from the pantry 1 .
- (c ') transporting the sucked suspension in a rotation loop,
- (d ') transfer of the suspension via a rotary feed 15 in the pantry 1 .
- (e ') generating a turbulent flow in the storage chamber 1 , and optional
- (f) repeating steps (b ') to (e').
ImRahmen der vorliegenden Erfindung werden also erstmalig eine Vorrichtungund ein Verfahren zur gleichmäßigen Verteilungvon Mikropartikeln in einer Flüssigkeit bereitgestellt.Die Erfindung nutzt die Ausgestaltung einer durchströmtenEntnahmekavität4, um auf einfachem und zuverlässigemWege Turbulenz zu erzeugen, die wiederum eine konstante Durchmischungvon Mikropartikeln in einer Suspension nach sich zieht. Die Trennungvon Vorratskammer1 und Mischkopf2 ermöglichtdabei vorteilhaft eine gleichmäßige Verteilungder Mikropartikel am Ort der Partikelentnahme bzw. -analyse (Kavität4). Darüberhinaus wird eine parallele Probenverarbeitung gewährleistet,indem der Mischkopf2 eine Vielzahl an Kavitäten4 besitzt,die zusammen angesteuert eine identische Durchmischung der Mikropartikel zeigenund folglich einer automatisierten Mikropartikelmengenbemessungzugänglich sind. Während im Stand der Techniklediglich eine Durchströmung mit Gas beschrieben ist, wirdhier die Strömung der Suspension selbst ausgenutzt. Aufgrundder überraschenden Kombination dieser Verwirbelung miteinem Überlauf6 bildet sich ein Flüssigkeitskreislauf, derin den Kavitäten4 zu einem quasistatischen Zustandführt. Vorrichtung und Verfahren der Erfindung zeichnensich durch eine einfache und kostengünstige Handhabungaus und eröffnen eine Vielzahl von Anwendungsperspektiven,von denen insbesondere die Biochemie genannt sei.In the context of the present invention, therefore, an apparatus and a method for the uniform distribution of microparticles in a liquid are provided for the first time. The invention uses the design of a flow-through sampling cavity 4 to generate turbulence in a simple and reliable way, which in turn causes a constant mixing of microparticles in a suspension. The separation of pantry 1 and mixing head 2 advantageously allows a uniform distribution of the microparticles at the location of the particle removal or analysis (cavity 4 ). In addition, a parallel sample processing is ensured by the mixing head 2 a variety of cavities 4 which together drive an identical mixing of the microparticles and are therefore accessible to an automated microparticle quantity measurement. While only a gas flow is described in the prior art, the flow of the suspension itself is exploited here. Due to the surprising combination of this turbulence with an overflow 6 A fluid circuit is formed in the cavities 4 leads to a quasistatic state. Apparatus and method of the invention are characterized by a simple and inexpensive handling and open up a variety of application perspectives, of which biochemistry in particular may be mentioned.
Esversteht sich, dass diese Erfindung nicht auf die spezifischen Methoden,Zusammensetzungen und Bedingungen beschränkt ist, wie siehierin beschrieben sind, da solche Dinge variieren können. Esversteht sich des Weiteren, dass die vorliegend verwendete Terminologieausschließlich dem Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen dientund nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken soll.Wie vorliegend in der Spezifikation einschließlich deranhängigen Ansprüche verwendet, schließenWortformen im Singular, wie z. B. "ein", "eine", "einer", "der"oder "das" die Entsprechung im Plural ein, sofern der Kontext nichteindeutig etwas anderes vorgibt. Beispielsweise enthältder Bezug auf "einen Strömungsverwirbler5" eineneinzelnen Verwirbler oder mehrere Verwirbler, die wiederum identischoder verschieden sein können, oder der Bezug auf "ein Verfahren"schließt äquivalente Schritte und Verfahren ein,die dem Fachmann bekannt sind.It should be understood that this invention is not limited to the specific methods, compositions and conditions described herein since such things may vary. It is further understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and not for the scope of the invention should restrict. As used herein in the specification including the appended claims, word forms in the singular, such as words, include For example, "a", "an", "an", "the" or "that" are plural equivalents unless the context clearly dictates otherwise. For example, the reference to "includes a flow swirler 5 "a single swirler or multiple swirlers, which in turn may be the same or different, or the reference to" one method "includes equivalent steps and methods known to those skilled in the art.
ImFolgenden wird die Erfindung anhand von nicht limitierenden Beispielenfür konkrete Ausführungsformen nähererläutert.in theThe invention will now be described by way of non-limiting examplesfor specific embodiments closerexplained.
1 zeigteine schematische Zeichnung der Komponenten der Vorrichtung zurgleichmäßigen Verteilung von Mikropartikeln ineiner Flüssigkeit. 1 shows a schematic drawing of the components of the device for uniform distribution of microparticles in a liquid.
2 zeigteine Kavität4 zur Entnahme von Suspension: a)schematisch, b) im Strömungsprofil, und c) währenddes Betriebs der Vorrichtung. 2 shows a cavity 4 for the removal of suspension: a) schematically, b) in the airfoil, and c) during operation of the device.
3 zeigteine schematische Zeichnung der Suspensionsmischer-Zylinderkammermit den Konstruktionselementen, welche die Strömungskreisläufeverdeutlichen. 3 shows a schematic drawing of the suspension mixer cylinder chamber with the construction elements, which illustrate the flow circuits.
4 zeigtein CFD der Vorratskammer1. 4 shows a CFD of the pantry 1 ,
5 zeigtden Prototyp des Gesamtsystems. 5 shows the prototype of the whole system.
BEISPIELEXAMPLE
DerPrototyp des Gesamtsystems, wie er in5 dargestelltist, enthält als Energiequelle9 ein 12 V Gleichspannungsnetzteil,welches das Gesamtsystem mit elektrischer Energie versorgt. Durchdie Energiequelle wird die Pumpe3 angetrieben, bei der essich um eine Schlauchpumpe des Typs Watson Marlow 102R handelt,die mit einem Faulhaber-Motor 3540K024C angetrieben wird. Pumpe3 undMotor werden über einen Schalter in Betrieb genommen.The prototype of the overall system, as in 5 is shown contains as an energy source 9 a 12 V DC power supply, which supplies the entire system with electrical energy. The power source turns on the pump 3 which is a Watson Marlow 102R peristaltic pump powered by a Faulhaber 3540K024C engine. pump 3 and motor are put into operation via a switch.
Wieaus1 ersichtlich wird, sind Pumpe3 undMotor zum Schutz vor äußeren Einflüssenmit einem Deckel18 verkleidet, der mit SchraubenDIN 912 (M4 × 10)an einer Flanschplatte19 befestigt ist. Der Schraubentypwird auch für alle weiteren Befestigungen genutzt. Sowohldie Pumpe3 als auch die Suspensionsmischer-Zylinderkammersind auf eine Grundplatte20 montiert. Die Suspensionsmischer-Zylinderkammerumfasst den Vorratskammer-Sockel21, Mischkopf2,ZylinderStift14 TypDIN 7 (3 × 15)und vier Verbindungselemente Typ Connector M6 250-6. Die Suspensionsmischer-Zylinderkammerist am Vorratskammer-Sockel21 mit der Grundplatte20 verschraubt.Der Sockel21 hat im Zentrum eine zylinderförmigeVorratskammer1 und oberhalb davon ist ein 8-Well-Mischkopf2 verschraubt.How out 1 becomes apparent, are pump 3 and motor for protection against external influences with a lid 18 dressed up with screws DIN 912 (M4 × 10) on a flange plate 19 is attached. The screw type is also used for all other fasteners. Both the pump 3 as well as the suspension mixer cylinder chamber are on a base plate 20 assembled. The slurry mixer cylinder chamber includes the pantry pedestal 21 , Mixing head 2 , Cylinder pin 14 Type DIN 7 (3 × 15) and four connectors type connector M6 250-6. The suspension mixer cylinder chamber is on the pantry base 21 with the base plate 20 screwed. The base 21 has a cylindrical pantry in the center 1 and above that is an 8-well mixing head 2 screwed.
In2 wirddeutlich, dass die Wells oder Entnahmekavitäten4 derartgeformt sind, dass der geförderte Zustrom auf Grund einerunstetigen Rohrerweiterung im Eingangsbereich (Erweiterungsbereich13)turbulent wird. Auf diese Weise wird die Suspension in der Kavität4 verwirbeltund durchmischt. Durch die Entnahme der Suspension durch den Liquid-Handling-Roboterwird das Gesamtvolumen in dem System verringert. Um fürdie Entnahme von Suspension einen konstant hohen Flüssigkeitspegelzu erreichen, weisen die Kavitäten4 einen Überlauf6 auf.In 2 it becomes clear that the wells or sampling cavities 4 are shaped such that the pumped inflow due to a discontinuous pipe extension in the entrance area (extension area 13 ) becomes turbulent. In this way, the suspension is in the cavity 4 swirled and mixed. The removal of the suspension by the liquid handling robot reduces the total volume in the system. In order to achieve a constant high liquid level for the removal of suspension, have the cavities 4 an overflow 6 on.
DiePumpe fördert die Suspension in zwei parallelen Kreisläufen(3). Der erste Kreislauf versorgt die Entnahmekavitäten4 (2a,3). DieSuspension wird an einer zylinderförmigen Absaugung17 angesaugtund durch Schläuche11 geleitet.The pump delivers the suspension in two parallel circuits ( 3 ). The first circuit supplies the sampling cavities 4 ( 2a . 3 ). The suspension is attached to a cylindrical suction 17 sucked in and through hoses 11 directed.
Durchein Steigrohr22 gelangt die Suspension in den Mischkopf2 undwird mittels eines Leitungssystems in den Zustrombereich12 dereinzelnen Kavitäten4 transportiert. Die überlaufendeFlüssigkeit fließt durch die Öffnung7 direktin die Vorratskammer1. Es handelt sich also um einen Flüssigkeitskreislauf,bei dem in der Kavität4 ein quasistatischer Zustanderzeugt wird, aus dem konstant verteilte Suspension entnommen wird.Through a riser 22 the suspension enters the mixing head 2 and is by means of a conduit system in the Zustrombereich 12 the individual cavities 4 transported. The overflowing liquid flows through the opening 7 directly into the pantry 1 , It is therefore a fluid circuit in which in the cavity 4 a quasi-static state is generated, is taken from the constantly distributed suspension.
Derzweite Kreislauf sorgt für eine Rotation der gespeichertenSuspension in der Vorratskammer1 (3,4).Hierzu wird Suspension durch einen Rotationsrücklauf16 angesaugt,durch eine Rotationsschleife in Schläuchen11 transportiertund über einen Rotationszulauf15 wieder in dieVorratskammer1 gegeben. Die Vorratskammer1 weisteinen zylinderförmigen Stift14 auf, der die rotierende Strömungderart verwirbelt, dass sich im Zentrum der Kammer keine Beads ablagernkönnen (ähnlich einer Teetasse mit Teekrümeln).Im Totwasser des Stifts befindet sich die Absaugung17,die durch das Steigrohr22 die Entnahmekavitäten4 speist.The second circuit ensures rotation of the stored suspension in the storage chamber 1 ( 3 . 4 ). For this purpose, suspension by a rotary reflux 16 sucked through a rotation loop in hoses 11 transported and via a rotary feed 15 back to the pantry 1 given. The pantry 1 has a cylindrical pin 14 on, which swirls the rotating flow in such a way that no beads can deposit in the center of the chamber (similar to a teacup with tea crumbles). In the dead water of the pen is the suction 17 passing through the riser 22 the sampling cavities 4 fed.
- 11
- Vorratskammerstoreroom
- 22
- Mischkopfmixing head
- 33
- Pumpepump
- 44
- Kavitätcavity
- 55
- Strömungsverwirblerflow turbulator
- 66
- Überlaufoverflow
- 77
- Öffnungopening
- 88th
- Schnittstelleinterface
- 99
- Energiequelleenergy
- 1010
- Laborsystemlaboratory system
- 1111
- Schläuchehoses
- 1212
- Zustrombereichinflow region
- 1313
- Erweiterungsbereichextension area
- 1414
- Stiftpen
- 1515
- Rotationszulaufrotary feed
- 1616
- RotationsrücklaufRotary runback
- 1717
- Absaugungsuction
- 1818
- Deckelcover
- 1919
- Flanschplatteflange
- 2020
- Grundplattebaseplate
- 2121
- Sockelbase
- 2222
- Steigrohrriser
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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